Underfallshjul

Vertikalt vannhjul hvor vannet treffer hjulets skovler godt under akselnivå.^[1]

U. var av to typer: 1. Vannet går inn på hjulet gjennom en tilløpsrenne. 2. Strømhjul hvor hjulet drives rundt ved at hjulet står med sin nederste del i rennende vann.^[2]

            Da begge typene først og fremst utnytter vannets bevegelsesenergi, og ikke dets vekt slik som overfallshjulene, er overfallshjulenes skovlekasser erstattet av enkle, frittstående plater for å fange opp støtet fra vannet.^[3] Platene kunne helt ut være stilt på linje med hjulradien, men kunne også gis en liten skråstilling, evt. en knekk for lettere å løftes ut av vann som hjulet badet i.

            U. var de minst effektive av vannhjulene med en virkningsgrad på rundt 30 %, dvs. hjulet fanget bare opp 30 % av vannets potensielle strømningsenergi, eller sagt med andre ord, hjulomkretsens hastighet var bare 30 % av vannets hastighet. Tapet skyldtes i all hovedsak friksjon i renner og akslinger, vann som gikk til spille, lav utnyttelse av energien når vannet beveget hjulet med støt på en rett plate, samt ’restfarten’ på vannet når det forlot vannhjulet.

            U. var lite (gjerne rundt 3 m i diameter), og kunne med fordel brukes først og fremst der det var grunne vannløp og flatt landskap. En regner trykkhøyde (fallhøyde) på ca 1 m som minimum for å bevege et u..^[4]

            U. arbeidet vanligvis raskt, men produserte relativt lite kraft og hadde på grunn av sin lave ytelse trolig liten anvendelse i gruvedriften, men ble først og fremst brukt til å drive mindre hammere som spikerhammere og kniphammere, samt i noen grad smienes og ovnenes blåsebelger, selv om de mer langsomtgående overfallshjulene her var å foretrekke.  

            Man regner at strømhjulet er den eldste vannhjulstypen, kjent fra de siste århundrer f. Kr. både i Asia og Europa hvor teknikken først og fremst ble brukt til vannløfting (pumping) og maling av korn. Fra Kina i det 1. årh. e. Kr. er det kjent at man brukte u. til belgdriften ved jernproduksjon. Hjulet er beskrevet av den romerske arkitekt og ingeniør Marcus Vitruvius Pollio som levde i årtiene før Kristi fødsel. Etter ham kalles u. også Vitruvian-hjul.^[5]

            Se også overfallshjul, brystfallshjul og vannhjul.

Varia:

- I 1820-årene videreutviklet franskmannen Jean-Victor Poncelet u. med spesielt utformede skovler som ga langt bedre effekt, se Poncelets hjul.

- En av de få opplysninger vi har om bruk av u. i norsk bergverksdrift er fra Røros kobberverk hvor det i verkets første smeltehytte fra 1646 var to krumovner med to par belger drevet av et u.. Plasseringen ved Bergskrivergården passer godt for et u. fordi terrenget her var forholdsvis flatt.^[6]

- I mange land ble store u. for mølleformål anlagt ute i elver på flåter/båter for å utnytte vannstrømmen. Den tidligste installasjon av denne typen skal være bygget av den bysantinske general Belisarius under hans beleiring av Roma i 537. Plassering like nedenfor broer var spesielt gunstig da brokarene gjør elveløpet trangere slik at vannhastigheten øker.